[논문]Bi 첨가 실리카 유리의 광학적 특성

서영석

문제 정의

본 실험실에서는 1300nm 파장 영역에서 광섬유 증폭기로의 개발이 가능한 새로운 증폭매질인 Bi 첨가실리카유리 (BiQG: Bi-Doped Silica Glass)를 개발하였다.(1) BiQG는 실리카를 기본 매질로 사용하고 있기 때문에 실리카 광섬유와의 접합이 용이하며, 잘 개발되어 있는 800nm 파장 영역의 반도체 레이저를 펌프레이저로 사용할 수 있어 제작비용의 절감이 가능하다.

제안 방법

본 논문에서는 BiQG의 증폭 특성을 알아보기 위하여 분광기를 사용하여 투과율과 형광스펙트럼을 측정하였고, 간단한 실험장치를 구성하여 증폭률을 측정하고 이득계수를 구하였다.(2) 그림 1은 BiQG의 투과율을 200~2500nm 파장 영역에서 측정한 결과이며, 4개의 흡수 밴드가 300, 500, 700, 800nm 파장에서 관측됨을 알 수 있다.

대상 데이터

그림 2는 BiQG의 증폭 특성을 알아보기 위해 간단히 구성한 실험장치도 이다. 신호광으로는 1300nm, 펌프광은 800nm 파장의 레이저 다이오드(LD)를 사용하였다. 펌프광의 세기를 0~ 2W까지 증가시키면서 BiQG의 증폭 특성을 관측한 결과, 0.

성능/효과

본 실험실에서는 1300nm 파장 영역에서 광섬유 증폭기로의 개발이 가능한 새로운 증폭매질인 Bi 첨가실리카유리 (BiQG: Bi-Doped Silica Glass)를 개발하였다.(1) BiQG는 실리카를 기본 매질로 사용하고 있기 때문에 실리카 광섬유와의 접합이 용이하며, 잘 개발되어 있는 800nm 파장 영역의 반도체 레이저를 펌프레이저로 사용할 수 있어 제작비용의 절감이 가능하다. 또한 증폭 효율도 상당히 높기 때문에 BiQG를 사용한 광섬유 증폭기의 개발은 광대역 통신에 있어서 EDFA에 버금가는 획기적인 연구 성과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
300nm 파장에서 나타나는 흡수는 Bi2O₃i 의해 나타나는 결과이다. 500, 700, 800nm 3개의 여기 파장으로 발광스펙트럼을 측정한 결과, 1140, 1122, 1250nm 파장 영역에서 첨두치를 가지고 있었다. 특히, 800nm 여기 파장으로 반폭치(FWHM)가 300nm에 이르는 넓은 파장 영역에서 증폭되는 것을 알 수 있었다.
500, 700, 800nm 3개의 여기 파장으로 발광스펙트럼을 측정한 결과, 1140, 1122, 1250nm 파장 영역에서 첨두치를 가지고 있었다. 특히, 800nm 여기 파장으로 반폭치(FWHM)가 300nm에 이르는 넓은 파장 영역에서 증폭되는 것을 알 수 있었다. 그림 2는 BiQG의 증폭 특성을 알아보기 위해 간단히 구성한 실험장치도 이다.
신호광으로는 1300nm, 펌프광은 800nm 파장의 레이저 다이오드(LD)를 사용하였다. 펌프광의 세기를 0~ 2W까지 증가시키면서 BiQG의 증폭 특성을 관측한 결과, 0.663cmT의 이득계수를 얻을 수 있었다.

후속연구

레이저 응용 분야에 있어서는 life time이 630us로 상당히 길게 나타나므로 고출력 레이저로의 개발이 가능할 것이다. 그리고 넓은 가시광영역의 흡수가 발생하므로 플래시 램프나 반도체 레이저의 여기 매질로의 개발과 넓은 형광스펙트럼이 형성되어 Ti:sapphire와 같은 극초 단펄스의 응용에도 적용이 가능할 것이다.
(1) BiQG는 실리카를 기본 매질로 사용하고 있기 때문에 실리카 광섬유와의 접합이 용이하며, 잘 개발되어 있는 800nm 파장 영역의 반도체 레이저를 펌프레이저로 사용할 수 있어 제작비용의 절감이 가능하다. 또한 증폭 효율도 상당히 높기 때문에 BiQG를 사용한 광섬유 증폭기의 개발은 광대역 통신에 있어서 EDFA에 버금가는 획기적인 연구 성과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
특히 실리카를 기본 매질로 하고 고증폭 특성이 우수하여 광섬유 증폭기로의 개발이 가능하며, 고출력 레이저 응용 분야에도 많은 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다. 레이저 응용 분야에 있어서는 life time이 630us로 상당히 길게 나타나므로 고출력 레이저로의 개발이 가능할 것이다. 그리고 넓은 가시광영역의 흡수가 발생하므로 플래시 램프나 반도체 레이저의 여기 매질로의 개발과 넓은 형광스펙트럼이 형성되어 Ti:sapphire와 같은 극초 단펄스의 응용에도 적용이 가능할 것이다.
BiQG는 광학적으로 특성이 우수한 새로운 광증폭매질이며, 희토류 원소를 첨가하는 기존의 광섬유 증폭기의 매질과는 전혀 다른 새로운 형태의 제작 특성을 가지고 있다. 특히 실리카를 기본 매질로 하고 고증폭 특성이 우수하여 광섬유 증폭기로의 개발이 가능하며, 고출력 레이저 응용 분야에도 많은 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다. 레이저 응용 분야에 있어서는 life time이 630us로 상당히 길게 나타나므로 고출력 레이저로의 개발이 가능할 것이다.

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